Activités humaines et modification du cycle du CO2
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Objectif(s)
Savoir mettre en évidence la présence de
CO2.
Connaître les différents réservoirs de carbone sur la planète.
Comment l’utilisation des combustibles fossiles par l’Homme peut-elle avoir des conséquences sur le cycle du carbone ?
Connaître les différents réservoirs de carbone sur la planète.
Comment l’utilisation des combustibles fossiles par l’Homme peut-elle avoir des conséquences sur le cycle du carbone ?
Les combustibles fossiles comme le
charbon ou le pétrole sont des
ressources d’énergie largement
utilisées par l’Homme. Leur
utilisation depuis le début de
l’ère industrielle conduit à une
libération de CO2 dans
l’atmosphère.
Sources de pollution | Quantité en millions de tonnes de polluants | Rang |
Transports routiers et automobiles | 7,0 M | 1er |
Installations industrielles qui brûlent du charbon et du fuel | 6,9 M | 2ème |
Chauffages domestiques | 0,3 M | 3ème |
1. Le cycle naturel du carbone
a. Identification des réservoirs de carbone
Expérience 1 : Lorsque l’on
brûle de la matière organique dans
un tube, on constate la libération
d'un gaz capable de troubler l’eau de
chaux : c'est le CO2.

La biosphère constitue donc un réservoir potentiel de carbone. Il forme le squelette des molécules organiques.
Expérience 2 : Il est possible de récolter de l’eau contenant un gaz capable de troubler l’eau de chaux.

L’hydrosphère est donc aussi un réservoir potentiel de carbone. Il est présent sous la forme de CO2 dissous.
Expérience 3 : Si on fait agir de l’acide chlorhydrique sur une roche calcaire, on produit le dégagement d’un gaz capable de troubler l’eau de chaux : le CO2.

La lithosphère est donc elle aussi un réservoir de carbone. Il est présent dans les roches carbonatées telles que le calcaire. On le retrouve aussi dans les roches carbonées comme le charbon ou le pétrole qui se sont formées à partir de la fossilisation de la matière organique.
Expérience 4 : Si on analyse la composition chimique de l’atmosphère, on constate qu’elle contient 0,03% de CO2.

L’atmosphère constitue donc aussi un réservoir de carbone.
b. Les échanges entre les réservoirs
de carbone
Les échanges entre biosphère et
atmosphère/hydrosphère :
La biosphère comprend l’ensemble des êtres vivants. Ces derniers sont capables d’échanges gazeux avec leur milieu de vie selon deux processus : la respiration et la photosynthèse.
Au cours de la respiration, l’être vivant rejette du CO2 dans l’atmosphère ou l’hydrosphère.
Au cours de la photosynthèse, les végétaux chlorophylliens capturent du CO2 qu’ils intègrent dans la matière organique.
Les échanges entre biosphère et lithosphère :
Après leur mort, les êtres vivants peuvent être, sous certaines conditions, fossilisés pour donner des roches fossiles comme le charbon ou le pétrole (roches carbonées).
De même, les squelettes calcaires de certains êtres vivants après dépôt au fond des océans, peuvent être inclus dans les roches sédimentaires tels que le calcaire (roches carbonatées).
Les échanges entre lithosphère et atmosphère :
Lors des éruptions, les volcans rejettent dans l’atmosphère des gaz dont du CO2.
L’ensemble de ces échanges peut être résumé sous la forme d’un schéma (Document 1).
La biosphère comprend l’ensemble des êtres vivants. Ces derniers sont capables d’échanges gazeux avec leur milieu de vie selon deux processus : la respiration et la photosynthèse.
Au cours de la respiration, l’être vivant rejette du CO2 dans l’atmosphère ou l’hydrosphère.
Au cours de la photosynthèse, les végétaux chlorophylliens capturent du CO2 qu’ils intègrent dans la matière organique.
Les échanges entre biosphère et lithosphère :
Après leur mort, les êtres vivants peuvent être, sous certaines conditions, fossilisés pour donner des roches fossiles comme le charbon ou le pétrole (roches carbonées).
De même, les squelettes calcaires de certains êtres vivants après dépôt au fond des océans, peuvent être inclus dans les roches sédimentaires tels que le calcaire (roches carbonatées).
Les échanges entre lithosphère et atmosphère :
Lors des éruptions, les volcans rejettent dans l’atmosphère des gaz dont du CO2.
L’ensemble de ces échanges peut être résumé sous la forme d’un schéma (Document 1).

Document 1 : Le cycle naturel du carbone
On constate que la lithosphère est le réservoir de carbone le plus important. De plus il permet un stockage à très long terme du carbone.
Les flux de carbone qui sont réalisés entre tous les réservoirs permettent de maintenir constantes les quantités de carbone dans les différents réservoirs notamment dans l’atmosphère. Grâce à l’équilibre de ce cycle, une augmentation du taux de carbone dans l’atmosphère est rapidement compensée par une absorption plus importante par les océans et la biomasse afin que le surplus soit stocké dans la lithosphère.
2. L'impact des activités humaines sur
l'équilibre du cycle du carbone
a. Augmentation du taux de CO2 atmosphérique
Depuis le début de l’ère
industrielle, l’Homme extrait les
roches combustibles du sol afin de les utiliser
comme carburant. Leur combustion conduit
à une libération massive de
CO2 dans
l’atmosphère.
Si on étudie le taux de CO2 atmosphérique depuis les années 1850, on constate qu’il ne cesse d’augmenter. Cette augmentation est beaucoup plus importante depuis le début du 20e siècle.
D’autres activités humaines sont responsables de cette augmentation : la déforestation qui consiste à incendier des parcelles de forêts et l’utilisation des roches carbonatées par l’industrie du bâtiment (fabrication du plâtre, ciment, …).
On estime aujourd’hui que l’exploitation des roches combustibles rejette 7,7 GtC dans l’atmosphère et que la déforestation restitue 1,4 GtC à l’atmosphère. L’augmentation de la concentration atmosphérique en Carbone est de 4,1 GtC et n’est plus compensée par la photosynthèse ou la dissolution dans les océans.
Si on étudie le taux de CO2 atmosphérique depuis les années 1850, on constate qu’il ne cesse d’augmenter. Cette augmentation est beaucoup plus importante depuis le début du 20e siècle.
D’autres activités humaines sont responsables de cette augmentation : la déforestation qui consiste à incendier des parcelles de forêts et l’utilisation des roches carbonatées par l’industrie du bâtiment (fabrication du plâtre, ciment, …).
On estime aujourd’hui que l’exploitation des roches combustibles rejette 7,7 GtC dans l’atmosphère et que la déforestation restitue 1,4 GtC à l’atmosphère. L’augmentation de la concentration atmosphérique en Carbone est de 4,1 GtC et n’est plus compensée par la photosynthèse ou la dissolution dans les océans.
b. Les conséquences sur l'environnement
Les océans absorbent une partie du
CO2 qui s’accumule dans
l’atmosphère. Ceci conduit à
une acidification de l’eau des
océans qui solubilise moins le
CO2. Les animaux qui utilisent
le CO2 dissous pour construire
leur coquille vont être
affectés. C’est le cas de la
barrière de corail.
Il ne faut pas oublier que le CO2 est un gaz à effet de serre qui participe au dérèglement climatique.
Il ne faut pas oublier que le CO2 est un gaz à effet de serre qui participe au dérèglement climatique.
3. Des solutions pour lutter contre le
déséquilibre du cycle du carbone
L’Homme cherche désormais des
solutions pour limiter l’accumulation
du CO2 dans l’atmosphère.
Il peut envisager de réduire
l’utilisation des roches combustibles au
profit d’énergies renouvelables plus
propres. Mais les enjeux économiques
sont importants et aujourd’hui tous les
pays ne sont pas prêts à
réduire leurs émissions de
CO2, notamment les pays
exportateurs de pétrole
(États-Unis, Arabie Saoudite, …).
D’autres pays en plein essor comme la
Chine revendiquent la
nécessité d’utiliser les
énergies combustibles pour
développer leur économie.
Il reste une solution en cours de développement : la séquestration géologique du CO2. Cette technique consiste à capturer le CO2 dès qu’il est émis par une usine et à le réinjecter dans des mines de charbon ou des gisements d’hydrocarbure épuisés. Cette approche est actuellement en cours d’expérimentation.
Il reste une solution en cours de développement : la séquestration géologique du CO2. Cette technique consiste à capturer le CO2 dès qu’il est émis par une usine et à le réinjecter dans des mines de charbon ou des gisements d’hydrocarbure épuisés. Cette approche est actuellement en cours d’expérimentation.
L'essentiel
Le carbone suit un cycle naturel qui consiste
en des échanges entre les 4
réservoirs : atmosphère,
hydrosphère, biosphère et
lithosphère.
Lieu |
Quantité (en Gt) |
Forme |
Roches sédimentaires - Carbonates (roches sédimentaires) - Roches carbonées (charbon, pétrole) |
30 millions
7 millions
|
Minérale (Ca CO3)
Organique (CHO, ...)
|
Hydrosphère Surtout océans, dans les eaux profondes |
39 000 |
Dissoute (CO2 ; HCO3- ; CO32-) |
Atmosphère | 750 | Gazeuse (CO2) |
Biosphère Surtout dans le sol et dans les végétaux |
2 000 | Organique |
Ce cycle est équilibré de telle
sorte que la quantité de carbone reste
constante dans l’atmosphère.
Lors d’un apport élevé en
carbone dans l’atmosphère, la
biosphère et
l’hydrosphère agissent en puits de
carbone et récupèrent le surplus.
Ce surplus est ensuite redirigé vers
la lithosphère lors de la
fossilisation de la matière organique
(formation des roches carbonées) ou lors de la
sédimentation des squelettes calcaires
des êtres vivants (formation des roches
carbonatées). La lithosphère
correspond donc au réservoir le plus
important de carbone qui permet son stockage
à long terme.
Depuis l’ère industrielle,
l’Homme exploite les roches de la
lithosphère en tant que combustibles.
Ceci conduit à une réinjection massive de
carbone dans l’atmosphère qui ne
peut plus aujourd’hui être compensée par
l’hydrosphère et la
biosphère. Ceci a des
conséquences sur l’environnement
comme le dérèglement climatique.
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